Chapitre 25: l'histoire de la vie sur Terre Flashcards
Conditions sur la terre primitive permettant apparition de la vie
Vie sur Terre à partir de matière inanimée ayant constitué des agrégats moléculaires: capables d’autoréplication et métabolisme
Pas de génération spontanée
Composition atmosphérique/de la mer différente: activité volcanique, bombardement par les météorites, lumière ultraviolette ++intense
Hypothèse de l’évolution chimique (4 étapes)
- Molécules organiques = monomères (a.a., nucléotides)
- Fusion des monomères = macromolécules (protéines et acides nucléiques)
- Agrégation de molécules, produites par voie abiotique, en goutelettes enveloppées d’une membrane appelées protocellules présentant des caractéristiques chimiques différentes de leur milieu
- Apparition de molécules capabels d’autoréplication qui ont rendu l’hérédité possible.
1) Synthèse des composés organiques sur la terre primitive
Conditions bien différentes
Années 20: Oparin et Haldane signalent qu’avant l’apparition de la photosynthèse, productrice d’oxygène, la Terre s’entourait d’une atmosphère beaucoup moins oxydante, principalement composée de gaz volcaniques
Atmosphère de nature réductrice: ajoute des électrons ==> favorise l’agencement de molécules simples en mol. + complexes
Présence d’une atmo. réductrice ne suffit pas: création de molécules organiques demande aussi des quantités d’énergie considérables.
Cette énergie provient sans doute d’éruptions sous-marines ou côtières et de sources hydrothermales, de la foudre et de l’intense rayonnement ultraviolet qui traversait l’atmosphère.
Selon Oparin et Haldane, le monde primitif présentait des conditions chimiques et énergétiques nécessaires à la synthèse abiotique de molécules organiques.
1953: Stanley Miller et Harold Urey vérifient l’hypothèse d’Oparin et d’Haldane en recréant en laboratoire des conditions comparables à celles de la Terre primitive.
Leur expérience permet de produire différents acides aminés et autres composés organiques présents dans les organismes contemporains.
2008: chercheurs utilisent équipement moderne pour analyser des molécules que Miller avait conservées lors de l’expérience en milieu volcanique, analyses démontrent que de nombreux acides aminés s’étaient formés dans des conditions simulant une éruption volcanique.
Météorites pourraient avoir été une deuxième source de molécules organiques (1 à 2% de la masse = carbone)
Météorite de Murchison (Australie 1969): présence de molécules organiques clés: lipides, sucres simples, bases azotées comme l’uracile.
Donc, les constituants chimiques de la vie ont dû s’accumuler, au cours d’une étape naturelle dans l’évolution chimique de la planète, avant que la vie n’apparaisse.
2) Synthèse abiotique des macromolécules
Macromolécules organiques comme les protéines sont des chaines d’unités élémentaires sembables les monomères
Leur synthèse se fait par des réactions de condensation qui arrachent aux monomères un atome d’hydrogène et un groupement hydroxyle (-OH) et qui forment ainsi une molécule d’eau comme sous-produit de chaque nouvelle liaison polymérique
Enzymes spécialisées dans la cellule catalysent ces réactions de déshydratation
La synthèse abiotique de polymères aurait eu se produire dans l’intervention d’enzymes efficaces
On obtient une polymérisation lorsqu’on dépose des solutions diluées de monomères organiques sur de l’argile, de la pierre, ou du sable très chaud
Hypothèse: sur la Terre primitive, l’eau des marées des vagues de la pluie déposait des solutions diluées de monomères organiques sur de la lave ou sur d’autres roches chaudes et ramenait ensuite dans l’eau les polypeptides et les autres polymères qui s’étaient formés.
3) Protocellules
Protocellules précurseurs de la cellule==>
Agrégats de molécules entourées d’une «membrane» (goutelettes avec bicouche lipidique) capables de reproduction rudimentaire
Maintiennent un milieu chimique interne distinct de celui du milieu externe et présentent certaines propriétés associées au vivant, dont le métabolisme (métabolisme sélectivement perméable) et l’excitabilité (potentiel de membrane)
Certaines expériences en labo suggèrent que protocellules ont pu se former spontanément à partir de composés organiques produits par voie abiotique:
de petites goutelettes entourées d’une membrane appelée liposomes, peuvent se constituer lorsque des lipides ou d’autres molécules organiques sont ajoutées à l’eau.
Molécules hydrophobes forment à la surface de la goutelette une bicouche lipidique
Ajout de montmorillonite (argile douce produite par le vieillissement des cendres volcaniques) accélère autoassemblage par adhérence des molécules.
4) ARN, capable d’autoréplication
Avant apparition de l’ADN, existait peut-être certains mécanismes primitifs en mesure d’aligner des acides aminés le long de brins d’ARN capables de réplication.
Selon cette hypothèse, premiers gènes du monde prébiotique n’étaient pas des molécules d’ADN mais plutôt des courts brins d’ARN qui ont commencé à s’autorépliquer
1982: Thomas Cech constate que la cellule utilise des ARN catalyseurs (ribozymes) pour réaliser des tâches comme l’excision des introns contenus dans l’ARN prémessager.
L’ARN est donc autocatalytique, il se peut qu’avant l’apparition des enzymes protéiques ou de l’ADN, des molécules d’ARN aient été capables d’autoréplication.
Donc les premières étapes menant à la réplication et à la traduction de l’info génétique se sont déroulées au cours d’une évolution moléculaire, avant même que l’ARN et les polypeptides ne s’enveloppent de membranes.
Une fois que les gènes primitifs et leurs produits se sont confinés dans des compartiments limités par une membrane, les protocellules ont pu évoluer en tant qu’entités propres.
Une coopération plus élaborée entre molécules a pu ainsi voir le jour, car les substances dont l’interaction améliorait la performance de toute la protocellue se trouvaient réunies dans un volume microscopique bien délimité.
Après l’apparition de ces séquences d’ARN dans les protocellules, les mieux adaptées, parmi ces dernières, auraient pu être soumises à la sélection naturelle.
Ensuite, l’ARN aurait pu fournir de matrice pour l’assemblage de nucléotides d’ADN.
L’avantage de l’ADN bicaténaire est d’être plus stable que le fragile ARN monocaténaire et de se répliquer avec moins d’erreurs.
Archives fossiles
Permettent d’établir la chronologie de la vie sur terre
Se sont accumulés dans:
-Couches sédimentaires, strates
-De l’ambre (sève fossilisée) ex. insectes
-Des sols congelés ou des glaces
Organismes étaient bien différents auparavant, les archives fossiles sont importantes mais la chronologie des changements est incomplète parce que beaucoup d’organismes:
Ne sont pas morts au bon endroit au bon moment
Étaient fossilisés mais ensuite détruits par des processus géologiques
Ne possédaient pas de structures morphologiques telles que des coquilles, carapaces, squelettes facilitant la fossilisation.
Datation radiométrique
Basée sur la désintégration des isotopes radioactifs, permet d’évaluer l’âge des fossiles entre deux couches volcaniques.
Évènements clés dans l’histoire
3,5 milliards d’années: apparition de la vie sur terre
Ascension et déclin des groupes d’organismes (+def. spéciation)
Ascension/déclin d’un groupe particulier sont liés aux taux de spéciation et d’extinction des membres de son espèce.
Spéciation: Au cours de l’évolution, processus par lequel une espèce se divise en 2 ou plusieurs espèces
Influences à grande échelle sur le destin des organismes (3)
Tectonique des plaques: Les plaques continentales se déplacent lentement au fil du temps, ce qui modifie la géographie physique et le climat de la Terre.
Extinctions de masse: 5 extinctions massives depuis 500 millions d’années causées par:
- énormément d’éruptions volcaniques: ++centaines de mètres d’épaisseur de lave sur 1,6 km carré, cendres dégageant du CO2 réchauffaient climat planétaire, entraine baisse d’O2 des océans
- Hypoxie océanique: favorise développement de bactéries anaérobies dégageant le sulfure d’hydrogène. Ce gaz dans l’atmosphère provoque d’autres extinctions.
- Météorites et autres corps célestes frappent la Terre: Engendrent nuage de débris faisant écran à la lumière solaire et perturbent climat planétaire
Radiances adaptatives: Périodes de changement évolutif durant lesquelles des groupes d’organismes ont engendré de nouvelles espèces dotées d’adaptations qui leur permettent d’occuper des niches écologiques différentes de leur communauté.
